EP3607147A1 - Offshore bauwerk - Google Patents

Offshore bauwerk

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EP3607147A1
EP3607147A1 EP18748873.9A EP18748873A EP3607147A1 EP 3607147 A1 EP3607147 A1 EP 3607147A1 EP 18748873 A EP18748873 A EP 18748873A EP 3607147 A1 EP3607147 A1 EP 3607147A1
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EP
European Patent Office
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length
profile
over
penetration
offshore
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EP18748873.9A
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English (en)
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EP3607147B1 (de
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Karlheinz Daum
Daniel Bartminn
Claus Linnemann
Collin BILLINGTON
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RWE Renewables Europe and Australia GmbH
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Innogy SE
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to an offshore structure with a foundation structure, wherein the foundation structure has at least a first and a second profile, the first profile as a post and the second profile is formed as a pile sleeve, the second profile surrounds the first profile over a fürdringungs ⁇ length , wherein a gap between the first and the second profile is formed, the gap over the entire penetration length a Vergussmassen hypollung on ⁇ , on the first and / or the second profile thrust elements are provided and the thrust elements extend into the space and an axial load transfer effect in the casting compound filling.
  • the invention relates to a potted connection to an offshore structure.
  • a molded connection is referred to in the jargon as a so-called "grouted joint.”
  • Grouted joints are design elements that are decisive for the structural integrity of offshore constructions, which are usually the only connection between a foundation structure or a foundation and a supporting structure for example, in so-called monopile foundations between the monopile and a transition piece ⁇ (transition piece).
  • grouted joints are found additionally, for example in Jacket foundations, comprising, as profiles Piles and pile sleeves. in particular, in the formation of offshore wind turbines casting compound compounds of the type mentioned play an essential role.
  • These compounds usually comprise two cylindrical steel tubes of different diameter, which are connected by a grout.
  • the smaller diameter tube is commonly referred to as a pile, while the larger enclosing tube is referred to as a pile sleeve or sleeve.
  • the remaining between the pile and the sleeve gap is filled with a grout or a potting compound, which is referred to in the jargon as Grout.
  • Potting compounds or potted compounds of this type are used primarily to remove axial loads of the structure in the seabed. The compressive strength of the potting compound after it has hardened is decisive for the structural behavior of potted compounds.
  • shear ribs which also allow Redu ⁇ cation of the required Vergussin or fürdringungsin.
  • Push ribs are ribs, projections, webs or the like, which are attached to the mutually facing sides of the profiles and which protrude into the space between the profiles so that they are enclosed by the potting compound.
  • shear ribs axial loads are removed via the contact surfaces in the grout. The size of the thrust-transmitting contact surfaces is thereby increased.
  • One aspect of the invention relates to an offshore structure with a foundation structure, wherein the foundation structure has at least a first and a second profile, the first profile as a post and the second profile as a pile sleeve is ⁇ forms, the second profile of the first profile over a
  • Penetration length encloses, wherein a gap between seeing the first and the second profile is formed, the gap over the entire penetration length has a Ver ⁇ casting mass filling, on the first and / or the second profile thrust elements, for example in the form of shear ribs or the like are provided , the thrust elements extend into the gap and an axial load transfer in cause the Vergussmassen hypollung, the thrust elements are provided only over a first part length of the penetration length, wherein the first part length between 65 and 90% of ge ⁇ total penetration length and a second part length is free of thrust elements, the second part length of the installation position in the upper length the penetration length forms.
  • the Applicant has found in experiments that a major cause of the failure or fatigue of Vergosse ⁇ nen compounds are in the potting compound diagonally forming pressure struts, which lead to cracking in the potting compound and in particular in the upper part of the potting length or the fürdringungsin cause the potting compound to escape from the area of the enclosure of the profiles.
  • First loss of encapsulant from the enclosure results in a significant reduction in bearing capacity, which can ultimately result in the failure of the molded joint.
  • This diagonally forming struts generate preferably on the underside of pusher elements corresponding reac ⁇ tion forces, so that it has surprisingly been found to be particularly advantageous to provide the pushers only over a partial length of the penetration length, and in particular ⁇ sondere that region of the penetration length or Vergusswin, in the installation position of the profiles above befin ⁇ det to keep free of pushers.
  • the second part length has a length which is between the one and two times the width of the gap.
  • the gap between the profiles may be, for example, about 500 mm wide.
  • the diameter of the second profile may for example be about 2.5 to 3 m.
  • a hydraulically abbin ⁇ denominated potting compound such as a high-strength concrete, before ⁇ seen.
  • the profiles are preferably formed as cylindrical steel tubes from ⁇ , wherein a steel tube is designed as Pile and the other steel tube ⁇ sleeve.
  • the profiles can be part of a connection between monopile and transition piece of an offshore structure.
  • the profiles may alternatively be part of establishing an offshore structure with a jacket.
  • the first profile and / or the second profile on the second part length of the interim have ⁇ c region facing side of the adhesion-loading coating.
  • Potting length are introduced into the potting compound. In this way, it is ensured that in the upper region of the molded connection, a potting compound plug remains whose integrity is not impaired by shear stresses introduced into the potting compound.
  • the adhesion-reducing coating may preferably entwe the ⁇ be provided on the side facing the space inside of the second profile or at the side facing the space outside of the first profile, depending on which profile is subject to a compressive and tensile stress in the axial direction. For example, with a jacket, this may depend on whether the jacket was attached by pre-piling or post-piling.
  • a layer of an elastic material preferably of an expanded thermoplastic material is provided.
  • the Vergussmassen hypollung may over the first part length of the penetration length a first potting compound and over the second part of the penetration length a second Verguss ⁇ mass, wherein the second potting compound has a higher tensile and / or compressive strength than the first potting compound ⁇ .
  • the second sealing compound maschinever ⁇ strengthens or armored can be.
  • Potting compound be designed as fiber concrete.
  • the second potting compound has a higher ductility than the first potting compound.
  • the Vergussmassen exerts an insert member which is selected from a group of bau ⁇ parts comprising precast concrete elements, steel profiles and polymer merbaustoffe, wherein the insert component has a higher tensile and or compressive strength than having the Vergußmass.
  • the pile sleeve comprises a top, an inwardlyorganizedste ⁇ Henden collar covering an upper end in the installed position ⁇ side of the space partially and thus a
  • the pile has a collar or collar which closes the intermediate space on the front side.
  • a reinforcement is attached to the first profile or to the second profile, which extends over the second partial length of the penetration length.
  • the reinforcement is expediently provided on that profile which is not subject to an alternating tensile and compressive load.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a part of an offshore wind power plant with potted connections, which were created according to the principle of post-piling
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an offshore wind energy plant with potted connections, which are based on the principle of pre-piling. Piling were created
  • FIG. 3 a shows a partial section through a potted connection of the foundation of the offshore wind energy plant illustrated in FIG. 2, which schematically illustrates a shear stress as compressive stress of the molded connection,
  • FIG. 3b shows a partial section through a potted connection of the foundation of the offshore wind energy plant illustrated in FIG. 2, which schematically illustrates a shear stress as tensile stress of the potted connection
  • Figure 4 is a section through a molded connection according to the invention, showing the arrangement of the pushers.
  • the invention relates to an offshore structure 1 and in particular a potted connection to an offshore structure 1.
  • the invention will be described below with reference to an offshore structure 1 with a jacket foundation.
  • the offshore structure 1 includes, for example, a tower structure 2, a transition piece 3, a so-called Yes ⁇ cket 4 and anchoring of the jacket 4 in the seabed 5 in the form of piles 6 (Piles) and pile sleeves 7 (Sleeves).
  • the offshore construction 1 shown in Figure 1 was established by the so-called Pre- ⁇ Piling, that the piles were 6 using a template and appropriate tool in the subsoil 5 driven.
  • FIG. 2 Another variant of the pile foundation is shown in Figure 2 Darge ⁇ represents.
  • This variant of the foundation is generally referred to as post-piling.
  • the pile sleeves 7 are first driven into the seabed 5.
  • the feet of the jacket which are each designed as a pile 6, used.
  • the space between the pile 6 and the pile sleeve 7 is also filled with a curable potting ⁇ mass.
  • the axial forces introduced via the jacket 4 into the seabed are removed via the potting compound into the piles 6 (FIG. 1) or into the pile sleeves 7 (FIG. 2).
  • FIGS. 3a and 3b show the typical load on the casting compound 11 when tensile or compressive forces are introduced, for example, over the pile 6 in the case of a foundation, as shown in FIG. With the drawn in Figures 3a and 3b arrows ⁇ 9, the loading direction is indicated.
  • the inner profile is a cylindrical pole 6, while the outer profile which closes the inner profile by ⁇ , the pile sleeve 7 forms.
  • the gap 8 is filled with a grout or a hydraulically setting potting compound 11.
  • Figure 4 shows a partial longitudinal section through a molded connection according to the invention.
  • the formation of the grouted joint in the form of two interpenetrating cylindrical steel profiles as pile 6 and pile sleeve 7 corresponds to the design according to FIGS. 3 a and 3 b.
  • the pile 6 and the pile sleeve 7 penetrate each other over a penetration length L total / corresponds to the potting length or the height of the potting compound 11 located in the gap 8.
  • the penetration length L total is subdivided into a first partial length LI and into a second partial length L2, wherein the second partial length L2 is the partial length in the installed position of the pile sleeve 7 and the first partial length LI forms the lower partial length.
  • the partial length L2 of the penetration length is free of thrust elements.
  • the push ribs 12 are vorgese ⁇ hen only in the region of the first part length LI of the penetration length.
  • the height of the second part of length L2 corresponds to approximately one to two times the width of the gap 8 (0.5 x (In ⁇ nen pressmesser pile sleeve outer diameter minus pole)).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Offshore Bauwerk mit einer Gründungsstruktur, wobei die Gründungsstruktur wenigstens ein erstes und ein zweites Profil aufweist, das erste Profil als Pfahl (6) und das zweite Profil als Pfahlhülse (7) ausgebildet ist, das zweite Profil das erste Profil über eine Durchdringungslänge umschließt, wobei ein Zwischenraum (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Profil gebildet wird, der Zwischenraum (8) über die gesamte Durchdringungslängeeine Vergussmassenfüllung aufweist, an dem ersten und/oder dem zweiten Profil Schubelemente vorgesehen sind, die Schubelemente sich in den Zwischenraum (8) erstrecken und eine axiale Lastabtragungin die Vergussmassenfüllung bewirken, die Schubelemente nur über eine erste Teillänge L1der Durchdringungslänge vorgesehen sind, die erste Teillänge L1 zwischen 65 und 90 % der gesamten Durchdringungslänge beträgt und eine zweite Teillänge L2 frei von Schubelementenist, wobei die zweite Teillänge L2 die in Einbaulage obere Länge der Durchdringungslänge bildet.

Description

Offshore Bauwerk
Die Erfindung betrifft ein Offshore Bauwerk mit einer Grün- dungsstruktur , wobei die Gründungsstruktur wenigstens ein erstes und ein zweites Profil aufweist, das erste Profil als Pfahl und das zweite Profil als Pfahlhülse ausgebildet ist, das zweite Profil das erste Profil über eine Durchdringungs¬ länge umschließt, wobei ein Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Profil gebildet wird, der Zwischenraum über die gesamte Durchdringungslänge eine Vergussmassenfüllung auf¬ weist, an dem ersten und/oder dem zweiten Profil Schubelemente vorgesehen sind und die Schubelemente sich in den Zwischenraum erstrecken und einen axialen Lastabtrag in die Vergussmassen- füllung bewirken.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine vergossene Verbindung an einem Offshore Bauwerk. Eine solche vergossene Verbindung wird im Fachjargon als sogenanntes „Grouted Joint" bezeichnet. Grouted Joints sind für die strukturelle Integrität von Off- shore-Konstruktionen maßgebende Konstruktionselemente, die meistens die einzige Verbindung zwischen einer Gründungsstruktur oder einem Fundament und einer Tragstruktur darstellen. Solche Verbindungen finden sich beispielsweise bei sogenannten Monopile Gründungen zwischen dem Monopile und einem Übergangs¬ stück (Transitionpiece) . Grouted Joints finden sich darüber hinaus beispielsweise bei Jacket Fundamenten, die als Profile Piles und Pile-Sleeves umfassen. Insbesondere bei der Gründung von Offshore-Windenergieanlagen spielen Vergussmassen-Verbindungen der eingangs genannten Art eine wesentliche Rolle.
Diese Verbindungen umfassen üblicherweise zwei zylindrische Stahlrohre unterschiedlichen Durchmessers, die durch einen Vergussmörtel miteinander verbunden werden. Das Rohr mit dem kleineren Durchmesser wird in der Regel als Pile bezeichnet, während das größere, umschließende Rohr als Pile-Sleeve oder Sleeve bezeichnet wird. Der zwischen dem Pile und der Sleeve verbleibende Zwischenraum wird mit einem Vergussmörtel oder einer Vergussmasse verfüllt, die im Fachjargon auch als Grout bezeichnet wird. Vergussmassen-Verbindungen oder vergossene Verbindungen dieser Art dienen in erster Linie dazu, axiale Lasten des Bauwerks in den Meeresuntergrund abzutragen. Maß- geblich für das Tragverhalten von vergossenen Verbindungen ist die Druckfestigkeit der Vergussmasse nach deren Aushärten.
Eine wesentliche Steigerung der Tragfestigkeit von vergossenen Verbindungen wird im Stand der Technik durch die Verwendung von Schubrippen erreicht, die darüber hinaus auch eine Redu¬ zierung der erforderlichen Vergusslänge bzw. Durchdringungslänge ermöglichen. Schubrippen sind Rippen, Vorsprünge, Stege oder dergleichen, die an den einander zugewandten Seiten der Profile befestigt sind und die in den Zwischenraum zwischen den Profilen so hervorstehen, dass sie von der Vergussmasse umschlossen werden. Durch die Verwendung von Schubrippen werden axiale Lasten über die Kontaktflächen in den Vergussmörtel abgetragen. Die Größe der schubübertragenden Kontaktflächen wird dadurch erhöht.
Im Stand der Technik werden grundsätzlich vergossene Verbindungen mit und ohne Schubrippen unterschieden, wobei die Verwendung von Schubrippen sich als vorteilhaft herausgestellt hat. Untersuchungen über die Tragfähigkeit von vergossenen Verbindungen (siehe beispielsweise Dissertation „Betontechno¬ logische Einflüsse auf das Tragverhalten von Grouted Joints" ISBN 978-3-936634-05-1) kommen zu dem Ergebnis, dass für die Tragfähigkeit von vergossenen Verbindungen die Druckfestigkeit und Steifigkeit des Vergussmörtels, die Geometrie der Stahl¬ rohre und des vergossenen Zwischenraums, die Oberflächengenau¬ igkeit der Stahlrohre, insbesondere die Höhe und der Abstand der Schubrippen sowie die Vergusslänge der Profile bzw. Stahl¬ rohre eine Rolle spielen.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass es trotz Optimierung der Vergusslänge, der Geometrie der Schubrippen und weiterer Ma߬ nahmen zum Versagen vergossener Verbindungen kommt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Offshore Bauwerk bzw. eine vergossene Verbindung an einem Offshore Bauwerk bereitzustellen, die hinsichtlich des Trag- und Versagensverhaltens verbessert ist. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Offshore Bauwerk mit einer Gründungsstruktur, wobei die Gründungsstruktur wenigstens ein erstes und ein zweites Profil aufweist, das erste Profil als Pfahl und das zweite Profil als Pfahlhülse ausge¬ bildet ist, das zweite Profil das erste Profil über eine
Durchdringungslänge umschließt, wobei ein Zwischenraum zwi- sehen dem ersten und dem zweiten Profil gebildet wird, der Zwischenraum über die gesamte Durchdringungslänge eine Ver¬ gussmassenfüllung aufweist, an dem ersten und/oder dem zweiten Profil Schubelemente, beispielsweise in Form von Schubrippen oder dergleichen vorgesehen sind, die Schubelemente sich in den Zwischenraum erstrecken und eine axiale Lastabtragung in die Vergussmassenfüllung bewirken, wobei die Schubelemente nur über eine erste Teillänge der Durchdringungslänge vorgesehen sind, wobei die erste Teillänge zwischen 65 und 90 % der ge¬ samten Durchdringungslänge beträgt und eine zweite Teillänge frei von Schubelementen ist, wobei die zweite Teillänge die in Einbaulage obere Länge der Durchdringungslänge bildet.
Die Anmelderin hat in Versuchen herausgefunden, dass eine wesentliche Ursache für das Versagen bzw. Ermüden von vergosse¬ nen Verbindungen sich in der Vergussmasse diagonal ausbildende Druckstreben sind, die zur Rissbildung in der Vergussmasse führen und die insbesondere im oberen Teil der Vergusslänge bzw. der Durchdringungslänge dazu führen, dass die Verguss¬ masse aus dem Bereich der Umschließung der Profile austritt. Erster Verlust an Vergussmasse aus der Umschließung führt zu einer signifikanten Verringerung der Tragfähigkeit, was schlussendlich zum Versagen der vergossenen Verbindung führen kann .
Diese sich diagonal ausbildenden Druckstreben erzeugen bevorzugt an der Unterseite von Schubelementen entsprechende Reak¬ tionskräfte, sodass es sich überraschenderweise als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, die Schubelemente nur über eine Teillänge der Durchdringungslänge vorzusehen, und insbe¬ sondere denjenigen Bereich der Durchdringungslänge bzw. der Vergusslänge, der sich in Einbaulage der Profile oben befin¬ det, frei von Schubelementen zu halten. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Verlust an Vergussmasse bzw. ein
Herausquellen oder Herausschieben der Vergussmasse aus der Umschließung der Profile verhindert, wodurch die Tragfestigkeit der vergossenen Verbindung signifikant verbessert wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Gestaltung der vergos¬ senen Verbindung bzw. des Offshore Bauwerks erwiesen, bei der die zweite Teillänge eine Länge aufweist, die zwischen dem ein- und zweifachen der Breite des Zwischenraums beträgt. Der Zwischenraum zwischen den Profilen kann beispielsweise etwa 500 mm breit sein. Der Durchmesser des zweiten Profils kann beispielsweise etwa 2,5 bis 3 m betragen.
Als Vergussmasse ist beispielsweise eine hydraulisch abbin¬ dende Vergussmasse, beispielsweise ein hochfester Beton, vor¬ gesehen . Die Profile sind vorzugsweise als zylindrische Stahlrohre aus¬ gebildet, wobei ein Stahlrohr als Pile und das andere Stahl¬ rohr als Sleeve ausgebildet ist. Die Profile können Teil einer Verbindung zwischen Monopile und Transitionpiece eines Offs- hore Bauwerks sein.
Die Profile können alternativ Teil der Gründung eines Offshore Bauwerks mit einem Jacket sein.
Bei einer vorteilhaften Variante des Offshore Bauwerks gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Profil und/oder das zweite Profil über die zweite Teillänge auf der dem Zwi¬ schenraum zugekehrten Seite eine haftungsvermindernde Be- schichtung aufweisen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die von einer Relativbewegung der Profile zueinander entste- henden Schubspannungen nur auf der ersten Teillänge der Durchdringungslänge bzw. nur auf einer ersten Teillänge der
Vergusslänge in die Vergussmasse eingeleitet werden. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass im oberen Bereich der vergossenen Verbindung ein Vergussmasse-Stopfen verbleibt, dessen Integrität nicht durch in die Vergussmasse eingeleitete Schubspannungen beeinträchtigt wird.
Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass Risse in der Vergussmasse für die Tragfähigkeit der vergossenen Verbindung kaum eine Rolle spielen, wenn diese Risse nur in der ersten Teillänge der Durchdringungslänge bzw. in der ersten Teillänge der Vergusslänge auftreten. Der Stopfen verhindert dann zuverlässig ein Austreten der Vergussmasse aus dem umschlossenen Bereich der Profile bzw. aus dem Zwischenraum zwischen den Profilen.
Die haftungsvermindernde Beschichtung kann vorzugsweise entwe¬ der an der dem Zwischenraum zugekehrten Innenseite des zweiten Profils oder an der dem Zwischenraum zugekehrten Außenseite des ersten Profils vorgesehen sein, je nachdem, welches Profil einer Druck- und Zugbelastung in axialer Richtung unterliegt. Das kann beispielsweise bei einem Jacket davon abhängen, ob das Jacket durch Pre-Piling oder durch Post-Piling befestigt wurde .
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Profil und/oder dem zweiten Profil und der Vergussmassenfül¬ lung über die zweite Teillänge der Durchdringungslänge bzw. der Vergusslänge eine Schicht aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem expandierten thermoplastischen Kunststoff, vorgesehen ist.
Die Vergussmassenfüllung kann über die erste Teillänge der Durchdringungslänge eine erste Vergussmasse und über die zweite Teillänge der Durchdringungslänge eine zweite Verguss¬ masse aufweisen, wobei die zweite Vergussmasse eine höhere Zug- und/oder Druckfestigkeit als die erste Vergussmasse auf¬ weist. Beispielsweise kann die zweite Vergussmasse faserver¬ stärkt oder armiert sein. Beispielsweise kann die zweite
Vergussmasse als Faserbeton ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die zweite Vergußmasse eine höhere Duktilität als die erste Vergußmasse aufweist. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass dass die Vergußmassenfüllung über die zweite Teillänge (L2) ein Einsatzbauteil aufnimmt, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Einsatzbau¬ teilen umfassend Fertigbetonelemente, Stahlprofile und Poly- merbaustoffe, wobei das Einsatzbauteil eine höhere Zug-und oder Druckfestigkeit als die Vergußmass aufweist.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Gestaltung der vergos¬ senen Verbindung an dem Offshore Bauwerk herausgestellt, bei der der Zwischenraum auf der in Einbaulage oberen Stirnseite zumindest teilweise verschlossen ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Pfahlhülse einen oberen, nach innen hervorste¬ henden Kragen aufweist, der eine in Einbaulage obere Stirn¬ seite des Zwischenraums teilweise abdeckt und somit ein
Heraustreten oder Herausquellen etwa brüchiger Vergussmasse verhindert .
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Pfahl einen Kragen oder Bund aufweist, der den Zwischenraum stirnseitig ver- schließt.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass an dem ersten Profil oder an dem zweiten Profil eine Bewehrung befestigt ist, die sich über die zweite Teillänge der Durchdrin- gungslänge erstreckt. Die Bewehrung ist zweckmäßigerweise an demjenigen Profil vorgesehen, das nicht einer wechselweisen Zug- und Druckbelastung unterliegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Off- shore-Windenergieanlage mit vergossenen Verbindungen, die nach dem Prinzip des Post-Piling erstellt wurden, Figur 2 eine schematische Darstellung einer Offshore-Windener- gieanlage mit vergossenen Verbindungen, die nach dem Prinzip des Pre-Piling erstellt wurden,
Figur 3a einen Teilschnitt durch eine vergossene Verbindung des Fundaments der in Figur 2 dargestellten Offshore-Windener- gieanlage, die schematisch eine Schubbeanspruchung als Druckbeanspruchung der vergossenen Verbindung veranschaulicht,
Figur 3b einen Teilschnitt durch eine vergossene Verbindung des Fundaments der in Figur 2 dargestellten Offshore-Windener- gieanlage, die schematisch eine Schubbeanspruchung als Zugbeanspruchung der vergossenen Verbindung veranschaulicht und
Figur 4 einen Schnitt durch eine vergossene Verbindung gemäß der Erfindung, der die Anordnung der Schubelemente zeigt.
Die Erfindung betrifft ein Offshore Bauwerk 1 und insbesondere eine vergossene Verbindung an einem Offshore Bauwerk 1. Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein Offshore Bauwerk 1 mit einer Jacket Gründung beschrieben. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, ist das Prinzip der erfindungsgemäßen vergossenen Verbindung auf verschiedene Arten der Verbindungen an Offshore Bauwerken übertragbar. Das Offshore Bauwerk 1 umfasst beispielsweise ein Turmbauwerk 2, ein Übergangsstück 3 (Transitionpiece) , ein sogenanntes Ja¬ cket 4 und eine Verankerung des Jacket 4 im Meeresuntergrund 5 in Form von Pfählen 6 (Piles) und Pfahlhülsen 7 (Sleeves) . Das in Figur 1 dargestellte Offshore Bauwerk 1 wurde durch so¬ genanntes Pre-Piling gegründet, d.h. die Pfähle 6 wurden unter Verwendung einer Schablone und entsprechendem Werkzeug in den Meeresuntergrund 5 eingetrieben. Die Pfahlhülsen 7, die an dem Jacket 4 befestigt sind, wurden auf die eingetriebenen Pfähle 6 gesetzt, wobei diese die Pfahlhülsen 7 durchdringen. Ein Zwischenraum 8 bzw. Ringraum zwischen den Pfählen 6 und den Pfahlhülsen 7 wurde mit einer aushärtbaren Vergussmasse 11, beispielsweise einem Faserbeton oder dergleichen vergossen.
Eine andere Variante der Pfahlgründung ist in Figur 2 darge¬ stellt. Diese Variante der Gründung wird im Allgemeinen als Post-Piling bezeichnet. Dabei werden die Pfahlhülsen 7 zunächst in den Meeresuntergrund 5 eingetrieben. In diese werden die Füße des Jacket, die jeweils als Pfahl 6 ausgebildet sind, eingesetzt. Der Zwischenraum zwischen dem Pfahl 6 und der Pfahlhülse 7 wird ebenfalls mit einer aushärtbaren Verguss¬ masse verfüllt. Die über das Jacket 4 in den Meeresuntergrund eingeleiteten axialen Kräfte werden über die Vergussmasse in die Pfähle 6 (Figur 1) oder in die Pfahlhülsen 7 (Figur 2) abgetragen.
Die Figuren 3a und 3b zeigen die typische Belastung der Ver- gussmasse 11 bei Einleiten von Zug- oder Druckkräften beispielsweise über den Pfahl 6 bei einer Gründung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist. Mit den in den Figuren 3a und 3b einge¬ zeichneten Pfeilen 9 ist die Belastungsrichtung angedeutet. In Figur 3a ist das innere Profil ein zylindrischer Pfahl 6, wohingegen das äußere Profil, welches das innere Profil um¬ schließt, die Pfahlhülse 7 bildet. Der Zwischenraum 8 ist mit einem Vergussmörtel bzw. einer hydraulisch abbindenden Vergussmasse 11 gefüllt. Bei der Einleitung von Druckkräften als Schubbeanspruchung, wie sie beispielsweise in Figur 3a darge¬ stellt ist, entstehen diagonale Druckstreben 10 zwischen dem Pfahl 6 und der Pfahlhülse 7, die unter Umständen bewirken, dass die Vergussmasse 11 nach oben aus dem Zwischenraum 8 her- ausgedrückt wird. Die Bewegungstendenz der Vergussmasse 11 ist durch die Pfeile 13 angedeutet
Die Anmelderin hat herausgefunden, dass insbesondere das Zu¬ sammenwirken der Druckstreben 10 mit der Unterseite von Schub- rippen 12 oder anders gestalteten Schubelementen entgegensetzt diagonal verlaufende Reaktionskräfte erzeugt, die dazu führen, dass die Vergussmasse 11 brüchig wird und nach oben aus dem Zwischenraum 8 herausgetrieben wird, wie dies durch die Pfeile 13 angedeutet ist. Insbesondere der Verlust der aus der Um- Schließung der Profile austretenden Vergussmasse 11 bewirkt letztendlich ein Versagen der vergossenen Verbindung. Figur 3a zeigt den Belastungsverlauf bei Einleiten von axialen Druckkräften, wohingegen Figur 3b den Belastungsverlauf bei Einlei¬ ten von axialen Zugkräften veranschaulicht.
Figur 4 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine vergossene Verbindung gemäß der Erfindung. Die Ausbildung der vergossenen Verbindung (Grouted Joint) in Form von zwei einander durchdringenden zylindrischen Stahlprofilen als Pfahl 6 und Pfahl- hülse 7 entspricht der Gestaltung gemäß Figuren 3a und 3b. Der Pfahl 6 und die Pfahlhülse 7 durchdringen einander über eine Durchdringungslänge L Gesamt/ die der Vergusslänge bzw. der Höhe der sich in dem Zwischenraum 8 befindlichen Vergussmasse 11 entspricht. Die Durchdringungslänge L Gesamt ist in eine erste Teillänge LI und in eine zweite Teillänge L2 unterteilt, wobei die zweite Teillänge L2 die in Einbaulage der Pfahlhülse 7 obere Teillänge ist und die erste Teillänge LI die untere Teillänge bildet. Über die erste Teillänge LI der Durchdringungslänge erstrecken sich an der dem Zwischenraum 8 zugewandten Seite der Pfahlhülse 7 sowie an der dem Zwischenraum 8 zugewandten Außenseite des Pfahls 6 Schubelemente, beispielsweise in Form von Schub¬ rippen 12 oder anderen Geometrien, die in den Zwischenraum 8 hervorstehen und von der Vergussmasse 11 umschlossen sind. Erfindungsgemäß ist die Teillänge L2 der Durchdringungslänge frei von Schubelementen. Die Schubrippen 12 sind nur im Bereich der ersten Teillänge LI der Durchdringungslänge vorgese¬ hen. Die Höhe der zweiten Teillänge L2 entspricht etwa dem ein- bis zweifachen der Breite des Zwischenraums 8 (0,5 x (In¬ nendurchmesser Pfahlhülse minus Außendurchmesser Pfahl) ) .
Bezugszeichenliste
1 Offshore Bauwerk
2 Turmbauwerk
3 Übergangsstück
4 Jacket
5 Meeresuntergrund
6 Pfahl
7 Pfahlhülsen
8 Zwischenraum
9 Pfeile
10 Druckstreben
11 Vergussmasse
12 Schubrippen
13 Pfeile
LI erste Teillänge
L2 zweite Teillänge
L Gesamt = Li + L2

Claims

Patentansprüche
1. Offshore Bauwerk (1) mit einer Gründungsstruktur, wobei die Gründungsstruktur wenigstens ein erstes und ein zweites Pro- fil aufweist, das erste Profil als Pfahl (6) und das zweite Profil als Pfahlhülse (7) ausgebildet ist, das zweite Profil das erste Profil über eine Durchdringungslänge umschließt, wo¬ bei ein Zwischenraum (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Profil gebildet wird, der Zwischenraum (8) über die gesamte Durchdringungslänge (L Gesamt) eine Vergussmassenfüllung auf¬ weist, an dem ersten und/oder dem zweiten Profil Schubelemente vorgesehen sind, die Schubelemente sich in den Zwischenraum (8) erstrecken und eine axiale Lastabtragung in die Verguss¬ massenfüllung bewirken, die Schubelemente nur über eine erste Teillänge (LI) der Durchdringungslänge vorgesehen sind, die erste Teillänge (LI) zwischen 65 und 90 % der gesamten Durchdringungslänge (L Gesamt) beträgt und eine zweite Teillänge (L2) frei von Schubelementen ist, wobei die zweite Teillänge (L2) die in Einbaulage obere Länge der Durchdringungslänge bildet.
2. Offshore Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teillänge (L2) eine Länge aufweist, die we¬ nigstens der Breite des Zwischenraums (8), vorzugsweise dem Zweifachen der Breite des Zwischenraums, beträgt.
3. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Profil und/oder das zweite Pro¬ fil über die zweite Teillänge (L2) auf der dem Zwischenraum (8) zugekehrten Seite eine haftungsvermindernde Beschichtung aufweisen.
4. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Profil und/oder dem zweiten Profil und der Vergussmassenfüllung über die zweite Teillänge (L2) der Durchdringungslänge (L Gesamt) eine Schicht aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem expan¬ dierten thermoplastischen Kunststoff, vorgesehen ist.
5. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmassenfüllung über die erste Teillänge (LI) der Durchdringungslänge eine erste Vergussmasse und über die zweite Teillänge (L2) der Durchdringungslänge eine zweite Vergussmasse aufweist und dass die zweite Verguss¬ masse eine höhere Zug- und/oder Druckfestigkeit als die erste Vergussmasse aufweist.
6. Offshore Bauwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vergußmasse eine höhere Duktilität als die erste Vergußmasse aufweist.
7. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmassenfüllung über eine zweite Teillänge (L2) der Durchdringungslänge faserverstärkt und/oder armiert ist.
8. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergußmassenfüllung über die zweite Teillänge (L2) ein Einsatzbauteil aufnimmt, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Einsatzbauteilen umfassend Fertigbetonelemente, Stahlprofile und Polymerbaustoffe, wobei das Ein¬ satzbauteil eine höhere Zug-und oder Druckfestigkeit als die Vergußmass aufweist.
9. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (8) auf der in Einbau¬ lage oberen Stirnseite zumindest teilweise verschlossen ist.
10. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfahlhülse (7) einen oberen, nach in¬ nen hervorstehenden Kragen aufweist, der eine in Einbaulage obere Stirnseite des Zwischenraums teilweise abdeckt.
11. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem an dem ersten Profil oder an dem zweiten Profil eine Bewehrung befestigt ist, die sich über die zweite Teillänge (L2) der Durchdringungslänge erstreckt.
12. Offshore Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubelemente ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend Schubrippen, Schubstege oder der¬ gleichen .
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